固-液相等離子噴涂制備固體氧化物燃料電池復合電極.pdf

1、固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一種直接將化學能轉(zhuǎn)化為電能的能源轉(zhuǎn)化裝置，具有能源利用效率高，環(huán)境友好等特點受到世界各國廣泛關注。目前SOFC的主要研究在于降低其工作溫度，其中電解質(zhì)薄膜化是主要途徑。由于粉末粒徑在10~100μm，大氣等離子噴涂（Atmospheric Plasma Spray，APS）難以噴涂薄的（<30μm）組織精細的涂層，因此發(fā)展了懸浮液等離子噴涂（Suspension

2、 Plasma Spray，SPS）。懸浮液等離子噴涂將微米級顆粒的懸浮液送入等離子射流中心，制備組織精細、致密的涂層，能夠有效降低電池工作溫度。
　　 本文提出并研究以硅片為基體，采用固/液相等離子噴涂工藝制備固體氧化物燃料電池復合電極，即依次固相送料噴涂陽極、懸浮液束流送料噴涂電解質(zhì)、固相送料噴涂陰極。主要研究內(nèi)容包含以下5個方面：
　　 1）研究配置高度分散的、穩(wěn)定的懸浮液。高度分散的懸浮液既可以防止噴嘴堵塞，也保

3、證了電解質(zhì)涂層的均勻性。YSZ懸浮液的配置參數(shù)包含：PH值、分散劑類型和用量、懸浮液濃度等，通過對不同配比的懸浮液進行沉淀量測試和流變性能測試，確定了懸浮液的最優(yōu)配比：水作為溶劑，YSZ固含量為20(wt％)，PAA作為陰離子分散劑含量為0.39(wt％)（對溶質(zhì)質(zhì)量）氨水調(diào)節(jié)pH值，pH值為10；
　　 2）研究液料注射方式，相關參數(shù)及束流注射對等離子射流形態(tài)的影響。用CCD實時監(jiān)測懸浮液束流與等離子射流形態(tài)，分析了影響液滴與

4、射流形態(tài)的參數(shù)，包含噴嘴孔徑，注射氣壓、噴涂功率等，結果表明在單流體噴嘴孔徑為0.3mm，噴涂電流600A，噴涂功率為33Kw的條件下，注射氣壓為0.25MPa時射流形態(tài)最佳；
　　 3）研究噴涂距離對懸浮液等離子噴涂電解質(zhì)涂層形貌及沉積效率的影響。結果表明噴涂距離是影響電解質(zhì)涂層形貌、沉積效率和孔隙率的關鍵參數(shù)。噴涂電流600A，功率33Kw的條件下噴涂距離為60mm時有較高的沉積效率（0.25μm /道）；
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5、）研究了提高陽極層和陰極層孔隙方案的措施，即通過改變噴涂角度、提高噴涂掃描速度和添加造孔劑三個方面提高孔隙。實驗結果表明，采用改進措施前后的陽極層的孔隙率分別約為19.4和28.7％，陰極層的孔隙率分別約為20.3％和32.6％.
　　 5）用掃描電鏡和能譜分析對復合電極微觀組織和成分進行了分析。結果表明：陽極層、電解質(zhì)層和陰極層的平均厚度分別約為20、25、40μm，懸浮液束流送料等離子噴涂可以制備薄的（25μm）、組織粒度精